DE4138460A1 - Vakuumdicht gekapseltes thermoelement - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen innerhalb eines
Schutzrohres angeordnetes Thermoelement.
Derartige Elemente, die aus zwei an zwei Stellen miteinander
verlöteten, üblicherweise Drahtform aufweisenden Stücken aus
verschiedenen Metallen bzw. Metallegierungen bestehen, werden
zu Temperaturmessungen verwendet, da in ihnen eine der
Temperatur proportionale Spannung, die sogenannte
Thermospannung, erzeugt wird, wenn die beiden Lötstellen
verschiedenen Temperaturen ausgesetzt werden. Zum Schutz vor
mechanischen Beschädigungen ist ihre Anordnung innerhalb eines
Schutzrohres üblich. Bei Auswahl geeigneter Materialien, z. B.
einer Platin-Rhodium/Platin-Rhodium-Paarung (mit jeweils
unterschiedlichen Legierungsanteilen) können Messungen bis zu
ca. 1820°C durchgeführt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Thermoelement, das
jenseits der genannten Temperatur auch in oxidierender
Atmosphäre eingesetzt werden kann, nachdem jetzt elektrische
Heizer zur Verfügung stehen, mit deren Hilfe höhere
Temperaturen im praktischen Betrieb erreicht werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt dadurch, daß das Schutzrohr
aus einer transparenten Keramik oder einem transparenten
Oxidkristall mit einem Schmelzpunkt oberhalb der zu messenden
Temperatur besteht. Als geeignete Werkstoffe, die sowohl die
erforderliche Temperaturfestigkeit aufweisen als auch im
Infrarotbereich des elektromagnetischen Wellenspektrums die
erforderliche Durchlässigkeit aufweisen, kommen z. B. Saphir
oder Zirkonoxid-Einkristalle in Frage. Diese Werkstoffe weisen
neben einer hohen Korrosionsbeständigkeit eine gute
mechanische Festigkeit auf und bieten dem Durchgang der
Wärmestrahlung kein nennenswertes Hindernis.
Die das Thermoelement bildenden Drähte werden innerhalb des
Schutzrohres zweckmäßigerweise gehaltert, um ihre Widerstands
fähigkeit gegen mechanische Einwirkungen von außen zu erhöhen,
insbesondere ein Kurzschließen zu vermeiden. In weiterer
Ausgestaltung der Erfindung sind auch diese Halterungen aus
der gleichen Keramik wie das äußere Schutzrohr hergestellt.
Beeinträchtigungen der Warmfestigkeit, die sonst durch die
unterschiedlichen Wärmedehnungen zweier Materialien auftreten
könnten, werden so vermieden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzrohr
evakuiert und vakuumdicht verschlossen. Die Korrosion der
Thermoelemente wird so vermieden.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Atmosphäre
innerhalb des Schutzrohres inert, und besteht z. B. aus Argon,
Helium oder anderen Gasen. Auch so werden die Drähte des
Thermoelementes vor Korrosion geschützt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht das Schutzrohr
aus einem Einkristall bzw. ist aus ihm herausgearbeitet. Aus
den o. g. Stoffen lassen sich ohne besondere Schwierigkeiten
Einkristalle benötigter Größe züchten, die gegebenenfalls
mittels geeigneter Verfahren, z. B. durch Ultraschallbohren,
formgebend bearbeitet werden können.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt, und zwar zeigt diese das erfindungsgemäße
Thermoelement im Axiallängsschnitt.
Es besteht aus zwei Drähten 1, 2 aus Platin/Rhodium-
Legierungen oder Wolfram/Rhodium-Legierungen für den Einsatz
bei höheren Temperaturen. Diese sind an einer Lötstelle 3
miteinander verbunden. Die Drähte 1, 2 sind in Halterungen 4
gelagert und diese wiederum in einem Schutzrohr 5. Halterungen
4 und Schutzrohr bestehen z. B. aus Aluminiumoxid, und sind
vorzugsweise aus einem Einkristall (Saphir) dieses Stoffes
herausgearbeitet. Das Schutzrohr 5 ist an seinem oberen Ende
mit einem Deckel 6 aus jeweils einem hochtemperaturbeständi
gen, aber nicht notwendigerweise für Wärmestrahlung besonders
durchlässigen Stoff vakuumdicht verschlossen. Die Drähte 1, 2
werden durch Bohrungen im Deckel 6 nach außerhalb und
schließlich zu hier nicht gezeigten Anzeigegeräten für die
durch die Einwirkung der Wärme auf die erste Lötstelle 3
erzeugte Thermospannung geführt, z. B. zu einem Drehspulgalva
nometer. Die Halterungen 4 sind zweckmäßigerweise am Deckel 6
angelötet, und ebenso wird letzterer mit dem Schutzrohr 5
verbunden. Wegen der erforderlichen Isolierung der Drähte 1, 2
finden hierfür vorzugsweise Glaslote Verwendung, doch ist auch
die Verwendung von keramischen Loten bzw. Klebern möglich.
Claims (5)
1. Innerhalb eines Schutzrohres (5) angeordnetes Thermoelement
(1 bis 3), dadurch gekennzeichnet,
daß das Schutzrohr (5) aus einer transparenten Keramik oder
einem transparenten Oxidkristall besteht.
2. Thermoelement (1 bis 3) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß es innerhalb des
Schutzrohres (5) in Halterungen (4) aus einer transparenten
Keramik oder einem transparenten Oxidkristall gehaltert ist.
3. Thermoelement (1 bis 3) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Schutzrohr evakuiert und vakuumdicht verschlossen ist.
4. Thermoelement (1 bis 3) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Atmosphäre innerhalb des Schutzrohres (5) inert ist.
5. Thermoelement (1 bis 3) nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß es aus einem Einkristall
besteht bzw. herausgearbeitet ist.
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